EP1880039A2 - Enamel coating for liquid application - Google Patents

Enamel coating for liquid application

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Publication number
EP1880039A2
EP1880039A2 EP06753525A EP06753525A EP1880039A2 EP 1880039 A2 EP1880039 A2 EP 1880039A2 EP 06753525 A EP06753525 A EP 06753525A EP 06753525 A EP06753525 A EP 06753525A EP 1880039 A2 EP1880039 A2 EP 1880039A2
Authority
EP
European Patent Office
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binder
einschmelzschlicker
powder
mixed
alloy
Prior art date
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EP06753525A
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German (de)
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EP1880039B1 (en
Inventor
Jürgen PETERSEIM
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Fachhochschule Muenster
Original Assignee
Fachhochschule Muenster
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Publication date
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Publication of EP1880039B1 publication Critical patent/EP1880039B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23D—ENAMELLING OF, OR APPLYING A VITREOUS LAYER TO, METALS
    • C23D5/00—Coating with enamels or vitreous layers
    • C23D5/02—Coating with enamels or vitreous layers by wet methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244—Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • B23K35/025—Pastes, creams, slurries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3033—Ni as the principal constituent
    • B23K35/304—Ni as the principal constituent with Cr as the next major constituent

Definitions

  • the present invention initially relates to a method for coating objects, in particular made of metal, such as workpieces or machine parts with a metallic smelting alloy.
  • the invention also relates to the composition, in particular for the stoving coating of metallic objects and the coated articles themselves.
  • the object of the invention is, on the one hand, to provide a method which can be implemented inexpensively with simple means, with which objects of complex geometry can be coated quickly and in bulk.
  • the basic idea of the invention is ultimately to bring a molten alloy present in powder form into a flowable or spreadable state at the processing temperature, in which it adheres-at least for a certain time-to the article to be coated .
  • the powder is mixed with a binder and, if the binder has not already provided a liquefaction, mixed with the addition of a liquid to a Einschmelzschlicker the desired viscosity.
  • the viscosity can be in a range between more or less liquid and pasty.
  • This Einschmelzschlicker may then by a simple process, for example in a dipping bath or a brush or spraying process, at moderate temperatures, in particular at room temperature below 50 0 C, are applied to the article.
  • the article provided with the meltdown slip subsequently becomes high Temperatures, in particular over 1000 0 C, exposed, which allow the melting of the Einschmelzleg réelle.
  • various objects, such as workpieces or machine components, coated, with metal objects are particularly preferred and ceramic items are not excluded.
  • a very significant advantage of the invention lies first of all in the fact that the layer application can be carried out by simple application methods such as dipping, brushing or manual spraying with the aid of compressed air. With one of these methods, the slurry is applied to the object to a certain extent, with thicknesses of more than 0.5 mm are possible.
  • the baking process follows. Since the coating material is applied as easy-to-process slip, can be dispensed with the above-mentioned complex coating equipment, which is associated with a significant cost savings.
  • the process can be used to produce layers with a high hardness of more than 60 HRC and layer thicknesses of less than 100 ⁇ m to more than 1 mm.
  • the surfaces coated in this way have a high resistance to abrasive stress and yet sufficient ductility. In addition, the surfaces have an increased corrosion resistance.
  • the melting slip is applied to the object by means of a dipping process, this can take place in one or more dipping steps, wherein the thickness of the applied slip can be controlled by the number of dipping steps.
  • Another advantage of the invention is that the melt-down at temperatures below 100 0 C, especially at room temperature, can be applied to the article.
  • the slurry wets the entire surface of the object already at the time of application but at the latest when heating, so that even geometrically difficult components with undercuts are coatable.
  • the slip can be designed in such a way that it spreads over the entire surface at the latest when heated and until it solidifies the alloy is liable.
  • the viscosity of the Einschmelzschlickers is adjusted by adding the liquid to the respective requirements, so that it does not drip completely from the workpiece to be coated during processing.
  • any substance can be used with which the components form a suspension substantially.
  • alcohols and especially water are suitable for this purpose, with water being of particular advantage because of the low cost.
  • the invention also relates to a composition which is particularly suitable for baking coating metallic objects.
  • This comprises, as components, first of all a metal melamine alloy present as a powder and a binder which, depending on the type of binder, accounts for more than 1% or more than 5%, in particular more than 10%, and no more than 50% of the total mass %, contributes.
  • pulverulent NiCrBSi alloys as used in other coating methods, are of particular advantage as a fused alloy.
  • sintering begins, which forms a stable structure at temperatures above 500 ° C. Above this temperature, the NiCrBSi alloy forms a viscous solder. From the specified temperature range of more than 500 ° C results as an essential requirement for the binder that it is also resistant to this temperature range.
  • binders for the invention which are readily miscible with the Einschmelzlegierung and which are stable at temperatures above 400 0 C, in particular up to about 600 0 C.
  • the binder essentially serves to provide initial adhesion between the metal powder particles to one another and to the substrate, even on sloping surfaces to ensure.
  • the binder must have a thermal resistance up to a temperature range in which use the bonding and adhesion processes of the metal powder particles, which is the case at about 600 0 C.
  • the binder in the melted state does not significantly or even negatively affect the crystal structure of the melted alloy.
  • the binder may either no longer be present in the completely baked-on coating or be present in such an amount and distribution that it does not adversely affect the desired properties of the coating.
  • the binder reacts with the metal and enhances the desired properties of the coating.
  • the binder may also be a multi-component composition which together contribute to the desired characteristic.
  • two substances are suitable as binders or as components of the binder:
  • First enamel in powder form is mentioned as a binder, the production of enamel, which is present in the raw material as a so-called frit, has been known for a long time.
  • the frit is ground into a powder having a grain size such as between flour and sugar. Tests have shown that enamel is particularly suitable as a binder for the composition.
  • Enamel is advantageously used with a mass fraction of about 5% and more.
  • inorganic adhesives which are temperature resistant up to about 500 0 C, in particular up to about 600 0 C and in particular vermallen to a powder before they are mixed with the particles of Einschmelzleg réelle.
  • adhesives may also be in liquid form, which can be added directly to the smelting alloy.
  • These adhesives are advantageously used in a mass fraction of about 2% and more. Due to these requirements, an enamel is used as the binder, which, as an independent layer, has many of the required properties. With appropriate composition of the mixture, a smooth coating with metallurgical adhesion to the base material and high hardness can be set.
  • the applied coating has a metallurgical bond of high adhesion to the base material.
  • the benefits of the coating can be exploited primarily by users who require hard wearing coatings in thick film with a removal reserve and no thin films.
  • a general requirement of the composition is that, at the latest with the addition of liquid, it forms a slip in which the individual components are present side by side substantially in a suspension, without unwanted chemical reactions taking place.
  • further particles such as ceramic or hard metal particles, are added to the composition, which modify the nature and the characteristics of the coated surface.
  • a metal powder consisting of an alloy of the system NiCrBSi or a similar Einschmelzlegleiter mixed with enamel powder and stirred with water to a slurry.
  • the two powders are in a mixing ratio of 75% by mass of metal powder to 25% by mass of enamel powder.
  • the water is added as needed.
  • the slurry is applied to the steel component in a thickness of 1 mm and melted at a temperature of 1025 0 C.
  • the resulting layer has a hardness of 620 HV5.
  • the frit Wendel MW7526 is used as an enamel.
  • metal powder consisting of an alloy of the system NiCrBSi or a similar Einschmelzlegierung with an adhesive, which is present in particular in powder form, mixed and stirred with water according to the adhesive manufacturer to a slurry.
  • the two powders can be in a mixing ratio of 95% by mass of the metal powder to 5% by mass of the adhesive.
  • the slurry is applied to the steel component in a thickness of 1 mm and subsequently melted at a temperature of more than 1025 0 C.
  • the resulting layer has a hardness of more than 680 HV5.
  • As an adhesive the type Panacol TM, Cerestil TM C7 can be used.
  • melts used for flame spraying can be used.
  • An overview of the typical compositions with their melting temperatures can be found in the table below (according to Simon / Thoma, Applied Surface Technology for Metallic Materials, Carl Hanser Verlag, Kunststoff, Vienna, 1989).

Abstract

The invention relates to a method for coating objects, in particular, made from metal, such as workpieces or machine components with a metallic enamel alloy, whereby a binder agent is added to the metal alloy present as a powder and optionally a liquid to give a liquid or paste enamel slip. The enamel slip is applied to the workpiece and the workpiece provided with the enamel slip is fused at a temperature in the fusion region of the enamel alloy, in particular more than 1000°C.

Description

09.05.2006 BD 05046WO 09.05.2006 BD 05046WO
Flüssigauftragbare EinbrennbeschichtungLiquid coatable baking coating
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Beschichtung von insbesondere aus Metall gefertigten Gegenständen, wie Werkstücken oder Maschinenteilen mit einer metallischen Einschmelzlegierung. Die Erfindung betrifft außerdem die Zusammensetzung, insbesondere zur Einbrennbeschichtung metallischer Gegenstände und die beschichteten Gegenstände selber.The present invention initially relates to a method for coating objects, in particular made of metal, such as workpieces or machine parts with a metallic smelting alloy. The invention also relates to the composition, in particular for the stoving coating of metallic objects and the coated articles themselves.
Insbesondere Maschinenbauteile, die besonderen tribologischen Bedingungen ausgesetzt werden, unterliegen im Einsatz einem besonderen Verschleiß, der ihre Lebensdauer stark begrenzt. Um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen, bieten sich auftragende Beschichtungen der Oberflächen an, falls eine einfache Härtung der Oberflächen durch Einsatzhärten, Nitrieren oder Borieren nicht ausreicht. Bei der auftragenden Beschichtung werden bekanntermaßen unterschiedliche Werkstoffe in entsprechend unterschiedlichen Verfahren verarbeitet, wobei sich die jeweiligen Beschichtungen auch durch ihre entsprechend unterschiedlichen Eigenschaften auszeichnen. Dabei kommen für solche verschleißhemmenden Beschichtungen mehrere in der Oberflächentechnik bekannte Verfahren in Betracht: Zu nennen sind hier insbesondere das thermische Spritzen, die Laserstrahlbeschichtung, das galvanische Beschichten und das Auftragungsschweißen. Mit jedem dieser Verfahren ist eine Beschichtung von hinreichender Schichtdicke und daher von ausreichender Abtragsreserve möglich, wobei eine möglichst geringe Rauhigkeit oder Welligkeit der Oberfläche angestrebt wird.In particular, machine components that are subjected to special tribological conditions are subject to special wear during use, which severely limits their service life. In order to increase the wear resistance, applying coatings of the surfaces are suitable if simple hardening of the surfaces by case hardening, nitriding or boriding is not sufficient. In the applied coating, it is known that different materials are processed in correspondingly different processes, with the respective coatings also being distinguished by their correspondingly different properties. For such wear-inhibiting coatings, a number of processes known in the surface technology can be considered. These include, in particular, thermal spraying, laser beam coating, electroplating and application welding. With each of these methods, a coating of sufficient layer thickness and therefore of sufficient Abtragsreserve is possible, with the lowest possible roughness or waviness of the surface is desired.
Allerdings unterscheiden sich diese Verfahren stark in ihrem Anlagenaufwand, dem Spektrum der verarbeitbaren Werkstoffe und damit letztendlich in den Eigenschaften der Beschichtung. So liegt der Nachteil des Laserbeschichtens in der aufwendigen Anlagentechnik, wobei im Falle des thermischen Spritzens erhebliche Nachteile aus der schlechten Zugänglichkeit und damit der reduzierten Geometrieauswahl der Gegenstände resultieren. Bekanntermaßen bereiten Hinterschneidungen der zu beschichtenden Gegenstände meist unüberwindbare Probleme für diese Beschichtungsverfahren. Die galvanische Beschichtung wird hingegen durch die geringe mögliche Schichtdicke und die Werkstoffauswahl beschränkt. Im Falle des Auftragsschweißens ist die Oberflächenrauheit verhältnismäßig groß, was in vielen Fällen nicht erwünscht ist.However, these processes differ greatly in terms of their equipment costs, the spectrum of workable materials and, ultimately, the properties of the coating. So is the disadvantage of laser coating in the complex system technology, wherein in the case of thermal spraying considerable disadvantages resulting from poor accessibility and thus the reduced choice of geometry of the objects. As is known, undercuts of the objects to be coated usually pose insurmountable problems for these coating methods. The galvanic coating, however, is limited by the small possible layer thickness and the choice of materials. In the case of build-up welding, the surface roughness is relatively large, which is undesirable in many cases.
Die Aufgabe der Erfindung liegt nun einerseits darin, ein mit einfachen Mitteln kostengünstig umzusetzendes Verfahren zu schaffen, mit dem sich Gegenstände auch komplexer Geometrie schnell und massenweise beschichten lassen. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung eine Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die als Grundlage für einen einfachen Beschichtungsprozess dienen kann.The object of the invention is, on the one hand, to provide a method which can be implemented inexpensively with simple means, with which objects of complex geometry can be coated quickly and in bulk. In addition, it is an object of the invention to provide a composition which can serve as a basis for a simple coating process.
Diese Aufgaben werden durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 und die Zusammensetzung mit den Merkmalen des Anspruch 9 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.These objects are achieved by the method having the features of claim 1 and the composition having the features of claim 9. Particularly advantageous embodiments are mentioned in the respective subclaims.
Wie aus den Ansprüchen ersichtlich, liegt der Grundgedanke der Erfindung letztendlich darin, eine an sich als Pulver vorliegende Einschmelzlegierung in einen bei Verarbeitungstemperatur fließ- bzw. streichfähigen Zustand zu bringen, in welchem sie -zumindest für eine gewisse Zeit- auf dem zu beschichtenden Gegenstand haftet. Dazu wird das Pulver mit einem Bindemittel versetzt und, falls das Bindemittel nicht schon eine Verflüssigung erbracht hat, unter Zugabe einer Flüssigkeit zu einem Einschmelzschlicker der gewünschten Viskosität vermischt. Dabei kann sich die Viskosität je nach dem einzusetzenden Auftragungsverfahren und entsprechend der Haftungseigenschaften in einem Bereich zwischen mehr oder weniger flüssig und pastös befinden. Dieser Einschmelzschlicker kann dann mit einem einfachen Verfahren, beispielsweise in einem Tauchbad oder mit einem Streich- oder Spritzprozess, bei gemäßigten Temperaturen, insbesondere bei Raumtemperatur unter 500C, auf den Gegenstand aufgebracht werden. Der mit dem Einschmelzschlicker versehene Gegenstand wird nachfolgend hohen Temperaturen, insbesondere über 10000C, ausgesetzt, die das Einschmelzen der Einschmelzlegierung ermöglichen. Mit dem Verfahren können verschiedenartige Gegenstände, wie Werkstücke oder Maschinenbauteile, beschichtet werden, wobei Gegenstände aus Metall besonders bevorzugt und Gegenstände aus Keramik nicht ausgeschlossen sind.As can be seen from the claims, the basic idea of the invention is ultimately to bring a molten alloy present in powder form into a flowable or spreadable state at the processing temperature, in which it adheres-at least for a certain time-to the article to be coated , For this purpose, the powder is mixed with a binder and, if the binder has not already provided a liquefaction, mixed with the addition of a liquid to a Einschmelzschlicker the desired viscosity. Depending on the application method used and the adhesion properties, the viscosity can be in a range between more or less liquid and pasty. This Einschmelzschlicker may then by a simple process, for example in a dipping bath or a brush or spraying process, at moderate temperatures, in particular at room temperature below 50 0 C, are applied to the article. The article provided with the meltdown slip subsequently becomes high Temperatures, in particular over 1000 0 C, exposed, which allow the melting of the Einschmelzlegierung. With the method, various objects, such as workpieces or machine components, coated, with metal objects are particularly preferred and ceramic items are not excluded.
Ein ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt zunächst darin, dass der Schichtauftrag durch einfache Auftragsverfahren wie Tauchen, Streichen oder Handspritzen mit Hilfe von Druckluft, erfolgen kann. Mit einer dieser Methoden wird der Schlicker in gewisser Stärke auf den Gegenstand aufgebracht, wobei auch Stärken von mehr als 0,5 mm möglich sind. Nach dem Schichtauftrag folgt der Einbrennvorgang. Da der Schichtwerkstoff als einfach zu verarbeitender Schlicker aufgetragen wird, kann auf die oben genannten aufwendigen Beschichtungsanlagen verzichtet werden, was mit einer erheblichen Kostenersparnis einhergeht. Mit dem Verfahren können Schichten einer hohen Härte von über 60 HRC und Schichtdicken von unter 100 μm bis über 1 mm hergestellt werden. Die auf diese Art beschichteten Oberflächen haben einen hohen Widerstand gegenüber abrasiver Beanspruchung und trotzdem eine ausreichende Duktilität. Zudem weisen die Oberflächen eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit auf.A very significant advantage of the invention lies first of all in the fact that the layer application can be carried out by simple application methods such as dipping, brushing or manual spraying with the aid of compressed air. With one of these methods, the slurry is applied to the object to a certain extent, with thicknesses of more than 0.5 mm are possible. After the layering, the baking process follows. Since the coating material is applied as easy-to-process slip, can be dispensed with the above-mentioned complex coating equipment, which is associated with a significant cost savings. The process can be used to produce layers with a high hardness of more than 60 HRC and layer thicknesses of less than 100 μm to more than 1 mm. The surfaces coated in this way have a high resistance to abrasive stress and yet sufficient ductility. In addition, the surfaces have an increased corrosion resistance.
Falls der Einschmelzschlicker mittels eines Tauchprozesses auf den Gegenstand aufgebracht wird, kann das in einem oder mehreren Tauchschritten erfolgen, wobei über die Anzahl der Tauchschritte die Dicke des aufgetragenen Schlickers kontrolliert werden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Einschmelzschlicker bei Temperaturen unterhalb 1000C, insbesondere auch bei Raumtemperatur, auf den Gegenstand aufgebracht werden kann.If the melting slip is applied to the object by means of a dipping process, this can take place in one or more dipping steps, wherein the thickness of the applied slip can be controlled by the number of dipping steps. Another advantage of the invention is that the melt-down at temperatures below 100 0 C, especially at room temperature, can be applied to the article.
Ein weiterer großer Vorteil liegt darin, dass der Schlicker schon beim Auftrag aber spätestens beim Erhitzen die gesamte Oberfläche des Gegenstandes benetzt, so dass auch geometrisch schwierige Bauteile mit Hinterschneidungen beschichtbar sind. Dabei kann der Schlicker so konzipiert werden, dass er sich spätestens beim Erwärmen über die gesamte Oberfläche verteilt und auf dieser bis zum Erstarren der Legierung haftet. Dabei wird die Viskosität des Einschmelzschlickers durch Zugabe der Flüssigkeit an die jeweils vorliegenden Erfordernisse angepasst, damit er während der Bearbeitung nicht völlig von dem zu beschichtenden Werkstück abtropft. Als Flüssigkeit kann im Prinzip jede Substanz eingesetzt werden, mit der die Komponenten im wesentlichen eine Suspension ausbilden. Für diesen Zweck sind beispielsweise Alkohole und vor allem Wasser geeignet, wobei Wasser wegen des geringen Kostenaufwandes von besonderem Vorteil ist.Another great advantage is that the slurry wets the entire surface of the object already at the time of application but at the latest when heating, so that even geometrically difficult components with undercuts are coatable. The slip can be designed in such a way that it spreads over the entire surface at the latest when heated and until it solidifies the alloy is liable. The viscosity of the Einschmelzschlickers is adjusted by adding the liquid to the respective requirements, so that it does not drip completely from the workpiece to be coated during processing. As a liquid, in principle, any substance can be used with which the components form a suspension substantially. For example, alcohols and especially water are suitable for this purpose, with water being of particular advantage because of the low cost.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Zusammensetzung, die insbesondere zur Einbrennbeschichtung metallischer Gegenstände geeignet ist. Diese umfasst als Komponenten zunächst eine als Pulver vorliegende insbesondere metallische Einschmelzlegierung und ein Bindemittel, das je nach Art des Bindemittels zu der Gesamtmasse einen Anteil von mehr als 1% oder von mehr als 5%, insbesondere von mehr als 10%, und höchstens von 50%, beiträgt. Auch wenn andere metallische Legierungen für die erfindungsgemäßen Zwecke taugen, so sind pulverförmige NiCrBSi Legierungen, wie sie in anderen Beschichtungsverfahren Anwendung finden, als Einschmelzlegierung von besonderem Vorteil. Bei diesen NiCrBSi Legierungen beginnt die Sinterung, bei denen sich eine stabile Struktur ausbildet, bei Temperaturen über 500° C. Oberhalb dieser Temperatur bildet die NiCrBSi Legierung ein zähfließendes Lot aus. Aus dem angegebenen Temperaturbereich von über 500° C ergibt sich als wesentliche Anforderung an das Bindemittel, dass es bis in diesen Temperaturbereich ebenfalls beständig ist.The invention also relates to a composition which is particularly suitable for baking coating metallic objects. This comprises, as components, first of all a metal melamine alloy present as a powder and a binder which, depending on the type of binder, accounts for more than 1% or more than 5%, in particular more than 10%, and no more than 50% of the total mass %, contributes. Even if other metallic alloys are suitable for the purposes according to the invention, pulverulent NiCrBSi alloys, as used in other coating methods, are of particular advantage as a fused alloy. In these NiCrBSi alloys, sintering begins, which forms a stable structure at temperatures above 500 ° C. Above this temperature, the NiCrBSi alloy forms a viscous solder. From the specified temperature range of more than 500 ° C results as an essential requirement for the binder that it is also resistant to this temperature range.
Prinzipiell sind für die Erfindung alle Substanzen als Bindemittel denkbar, die mit der Einschmelzlegierung gut mischbar sind und die bei Temperaturen über 4000C, insbesondere bis zu etwa 6000C, stabil sind. Dabei sind es die vorrangigen Eigenschaften des Bindemittels, dass es die Partikel der Einschmelzlegierung untereinander bindet und dass es die Partikel der Einschmelzlegierung an die Oberfläche des Gegenstandes während der Auftragung und bis zu Temperaturen, bei denen die Einschmelzlegierung eine stabile Schicht bildet, bindet. Somit dient das Bindemittel im wesentlichen dazu, eine anfängliche Haftung zwischen den Metallpulverpartikeln untereinander und zum Substrat auch auf schrägen Flächen zu gewährleisten. Wie dargelegt, muss das Bindemittel eine thermische Beständigkeit bis in einen Temperaturbereich aufweisen, in dem die Bindungsund Haftungsprozesse der Metallpulverpartikel einsetzen, was bei etwa 600 0C der Fall ist.In principle, all substances are suitable as binders for the invention, which are readily miscible with the Einschmelzlegierung and which are stable at temperatures above 400 0 C, in particular up to about 600 0 C. It is the primary properties of the binder that binds the fused alloy particles together and binds the fused alloy particles to the surface of the article during application and to temperatures at which the fused alloy forms a stable layer. Thus, the binder essentially serves to provide initial adhesion between the metal powder particles to one another and to the substrate, even on sloping surfaces to ensure. As stated, the binder must have a thermal resistance up to a temperature range in which use the bonding and adhesion processes of the metal powder particles, which is the case at about 600 0 C.
Eine weitere Anforderung ist, dass das Bindemittel im eingeschmolzenen Zustand die Kristallstruktur der Einschmelzlegierung nicht signifikant oder gar negativ beeinflusst. So darf das Bindemittel in der fertig eingebrannten Beschichtung entweder nicht mehr vorhanden sein oder in einer solchen Menge und Verteilung vorliegen, dass es die gewünschten Eigenschaften der Beschichtung nicht negativ beeinflusst. Dabei kann es allerdings wünschenswert sein, wenn das Bindemittel mit dem Metall reagiert und die gewünschten Eigenschaften der Beschichtung verstärkt. Das Bindemittel kann auch eine Zusammensetzung aus mehreren Komponenten sein, die gemeinsam zu der gewünschten Charakteristik beitragen. Als Bindemittel oder als Komponenten des Bindemittels bieten sich insbesondere zwei Substanzen an:Another requirement is that the binder in the melted state does not significantly or even negatively affect the crystal structure of the melted alloy. Thus, the binder may either no longer be present in the completely baked-on coating or be present in such an amount and distribution that it does not adversely affect the desired properties of the coating. However, it may be desirable if the binder reacts with the metal and enhances the desired properties of the coating. The binder may also be a multi-component composition which together contribute to the desired characteristic. In particular, two substances are suitable as binders or as components of the binder:
Zunächst sei in Pulverform vorliegende Emaille als Bindemittel genannt, wobei die Herstellung von Emaille, die in der Rohmasse als sogenannte Fritte vorliegt, seit langer Zeit bekannt ist. Als Zutat für die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird die Fritte zu einem Pulver mit einer Korngröße etwa zwischen Mehl und Zucker vermählen. Versuche haben gezeigt, dass sich Emaille ganz besonders als Bindemittel für die Zusammensetzung eignet. Emaille wird vorteilhafterweise mit einem Masseanteil von etwa 5% und mehr verwendet.First enamel in powder form is mentioned as a binder, the production of enamel, which is present in the raw material as a so-called frit, has been known for a long time. As an ingredient for the composition of the invention, the frit is ground into a powder having a grain size such as between flour and sugar. Tests have shown that enamel is particularly suitable as a binder for the composition. Enamel is advantageously used with a mass fraction of about 5% and more.
Ebenfalls als Bindemittel geeignet sind anorganische Klebstoffe, die bis über 5000C insbesondere bis etwa 6000C temperaturbeständig sind und insbesondere zu einem Pulver vermalen werden, bevor sie mit den Partikeln der Einschmelzlegierung vermischt werden. Solche Klebstoffe können auch in flüssiger Form vorliegen, die direkt mit der Einschmelzlegierung versetzt werden kann. Diese Kleber werden vorteilhafterweise mit einem Masseanteil von etwa 2% und mehr verwendet. Aufgrund dieser Anforderungen wird als Bindemittel eine Emaille verwendet, die, als eigenständige Schicht, etliche der geforderten Eigenschaften aufweist. Bei entsprechender Zusammensetzung der Mischung kann ein glatter Überzug mit metallurgischer Haftung zum Grundmaterial und hoher Härte eingestellt werden.Also suitable as a binder are inorganic adhesives which are temperature resistant up to about 500 0 C, in particular up to about 600 0 C and in particular vermallen to a powder before they are mixed with the particles of Einschmelzlegierung. Such adhesives may also be in liquid form, which can be added directly to the smelting alloy. These adhesives are advantageously used in a mass fraction of about 2% and more. Due to these requirements, an enamel is used as the binder, which, as an independent layer, has many of the required properties. With appropriate composition of the mixture, a smooth coating with metallurgical adhesion to the base material and high hardness can be set.
Die aufgetragene Beschichtung besitzt einen metallurgischen Verbund von hoher Haftfestigkeit zum Grundwerkstoff. Die Vorteile der Beschichtung können vor allem von den Anwendern genutzt werden, die harte verschleißbeständige Beschichtungen in Dickschicht mit einer Abtragsreserve und keine Dünnschichten benötigen.The applied coating has a metallurgical bond of high adhesion to the base material. The benefits of the coating can be exploited primarily by users who require hard wearing coatings in thick film with a removal reserve and no thin films.
Eine generelle Anforderung an die Zusammensetzung ist, dass sie spätestens unter Zugabe von Flüssigkeit einen Schlicker ausbildet, in welchem die einzelnen Komponenten nebeneinander im wesentlichen in einer Suspension vorliegen, ohne dass ungewollte chemische Reaktionen ablaufen. In einer vorteilhaften Ausführungsform werden der Zusammensetzung noch weitere Partikel, wie Keramik- oder Hartmetallpartikel, zugegeben, welche die Beschaffenheit und die Charakteristik der beschichteten Oberfläche modifizieren.A general requirement of the composition is that, at the latest with the addition of liquid, it forms a slip in which the individual components are present side by side substantially in a suspension, without unwanted chemical reactions taking place. In an advantageous embodiment, further particles, such as ceramic or hard metal particles, are added to the composition, which modify the nature and the characteristics of the coated surface.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier typischer Ausführungsbeispiele näher erklärt:The invention is explained in more detail below with reference to two typical exemplary embodiments:
In einer ersten Ausführungsform wird ein Metallpulver bestehend aus einer Legierung des Systems NiCrBSi oder einer ähnlichen Einschmelzlegierung mit Emaillepulver vermischt und mit Wasser zu einem Schlicker verrührt. Die beiden Pulver stehen dabei in einem Mischungsverhältnis von 75 Massen-% Metallpulver zu 25 Massen-% Emaillepulver. Das Wasser wird nach Notwendigkeit zugegeben. Der Schlicker wird in einer Dicke von 1 mm auf das Stahlbauteil aufgetragen und bei einer Temperatur ab 10250C eingeschmolzen. Die entstehende Schicht besitzt eine Härte von 620 HV5. Als Emaille wird die Fritte Wendel MW7526 verwendet. In einer weiteren Ausführung wird Metallpulver bestehend aus einer Legierung des Systems NiCrBSi oder einer ähnlichen Einschmelzlegierung mit einem Kleber, der insbesondere in Pulverform vorhanden ist, vermischt und mit Wasser laut Angabe des Klebstoffherstellers zu einem Schlicker verrührt. Die beiden Pulver können dabei in einem Mischungsverhältnis von 95 Massen-% des Metallpulvers zu 5 Massen-% des Klebers stehen. Der Schlicker wird in einer Dicke von 1 mm auf das Stahlbauteil aufgetragen und nachfolgend bei einer Temperatur von mehr als 10250C eingeschmolzen. Die entstehende Schicht besitzt eine Härte von mehr als 680 HV5. Als Kleber kann der Typ Panacol™, Cerestil™ C7 verwendet werden.In a first embodiment, a metal powder consisting of an alloy of the system NiCrBSi or a similar Einschmelzlegierung mixed with enamel powder and stirred with water to a slurry. The two powders are in a mixing ratio of 75% by mass of metal powder to 25% by mass of enamel powder. The water is added as needed. The slurry is applied to the steel component in a thickness of 1 mm and melted at a temperature of 1025 0 C. The resulting layer has a hardness of 620 HV5. As an enamel, the frit Wendel MW7526 is used. In a further embodiment, metal powder consisting of an alloy of the system NiCrBSi or a similar Einschmelzlegierung with an adhesive, which is present in particular in powder form, mixed and stirred with water according to the adhesive manufacturer to a slurry. The two powders can be in a mixing ratio of 95% by mass of the metal powder to 5% by mass of the adhesive. The slurry is applied to the steel component in a thickness of 1 mm and subsequently melted at a temperature of more than 1025 0 C. The resulting layer has a hardness of more than 680 HV5. As an adhesive the type Panacol ™, Cerestil ™ C7 can be used.
Als Metalllegierungen können die üblichen zum Flammspritzen verwendeten Einschmelzegierungen verwendet werden. Eine Übersicht der typischen Zusammensetzungen mit ihren Einschmelztemperaturen ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle (nach Simon/Thoma; Angewandte Oberflächentechnik für metallische Werkstoffe; Carl Hanser-Verlag, München, Wien, 1989).As metal alloys, the usual melts used for flame spraying can be used. An overview of the typical compositions with their melting temperatures can be found in the table below (according to Simon / Thoma, Applied Surface Technology for Metallic Materials, Carl Hanser Verlag, Munich, Vienna, 1989).

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Beschichtung von insbesondere aus Metall gefertigten1. A method for coating made in particular of metal
Gegenständen, wie Werkstücken oder Maschinenbauteilen, mit einer metallischen Einschmelzlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass die als Pulver vorliegende Einschmelzlegierung mit einem Bindemittel versetzt und gegebenenfalls mit einer Flüssigkeit zu einem flüssigen oder pastösen Einschmelzschlicker vermischt wird, dass der Einschmelzschlicker auf das Werkstück aufgebracht wird und dass das mit Einschmelzschlicker versehene Werkstück bei einer im Schmelzbereich der Einschmelzlegierung liegenden Temperatur, von insbesondere mehr als 10000C, eingeschmolzen wird.Articles, such as workpieces or machine components, with a metallic Einschmelzlegierung, characterized in that the present as a powder smelting alloy is mixed with a binder and optionally mixed with a liquid to a liquid or pasty Einschmelzschlicker that the Einschmelzschlicker is applied to the workpiece and that the workpiece provided with meltdown slip is melted at a temperature in the melting range of the melted alloy, in particular more than 1000 ° C.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschmelzlegierung mit einem Emaillepulver als Bindemittel versetzt und mit Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, zu dem Einschmelzschlicker vermischt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the Einschmelzlegierung is mixed with an enamel powder as a binder and mixed with liquid, in particular with water, to the Einschmelzschlicker.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschmelzlegierung mit einem insbesondere in Pulverform vorliegenden anorganischen Kleber als Bindemittel versetzt und mit Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, zu dem Einschmelzschlicker vermischt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the Einschmelzlegierung is mixed with an inorganic adhesive present in particular in powder form as a binder and mixed with liquid, in particular with water, to the Einschmelzschlicker.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschmelzschlicker in einem Tauchprozess auf den Gegenstand aufgebracht wird, der einen oder mehrere Tauchschritte aufweist. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Einschmelzschlicker is applied in a dipping process on the article having one or more immersion steps.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschmelzschlicker in einem Streich- oder Spritzprozess auf den Gegenstand aufgebracht wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Einschmelzschlicker is applied in a coating or spraying process on the article.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschmelzschlicker in einer Stärke von mehr als 0,5 mm auf den Gegenstand aufgebracht wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Einschmelzschlicker is applied in a thickness of more than 0.5 mm on the article.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschmelzschlicker bei einer Temperatur unterhalb 1000C, insbesondere bei Raumtemperatur auf den Gegenstand aufgebracht wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Einschmelzschlicker is applied to the article at a temperature below 100 0 C, in particular at room temperature.
8. Gegenstand, insbesondere Werkstück oder Maschinenbauteil, beschichtet mit dem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche.8. article, in particular workpiece or machine component, coated with the method according to one of the preceding claims.
9. Zusammensetzung, insbesondere zur Einbrennbeschichtung metallischer Gegenstände, umfassend eine als Pulver vorliegende Einschmelzlegierung und ein Bindemittel, das an der Gesamtmasse einen Anteil von mehr als 5%, insbesondere von mehr als 10%, ausmacht.9. composition, in particular for baking coating of metallic objects, comprising a present as a powder melter alloy and a binder which accounts for more than 5%, in particular more than 10%, of the total mass.
10. Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschmelzlegierung ein NiCrBSi-Pulver ist.10. The composition according to claim 9, characterized in that the smelting alloy is a NiCrBSi powder.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel eine mit der Einschmelzlegierung gut mischbare Substanz mit folgenden Eigenschaften ist:11. The composition according to claim 9, characterized in that the binder is a miscible with the Einschmelzlegierung substance having the following properties:
Sie bindet die Partikel der Einschmelzlegierung untereinander und an die Oberfläche eines Gegenstandes während der Auftragung und bis zu Temperaturen, bei denen die Einschmelzlegierung eine stabile Schicht bildet.It binds the particles of the smelting alloy together and to the surface of an article during application and up to Temperatures at which the smelting alloy forms a stable layer.
Sie ist bei Temperaturen bis zu 40O0C, insbesondere bis zu mindestensIt is at temperatures up to 40O 0 C, in particular up to at least
5000C, stabil.500 0 C, stable.
Sie beeinflusst die Kristallstruktur der letztendlich eingeschmolzenenIt influences the crystal structure of the finally melted
Einschmelzlegierung nicht signifikant.Smelting alloy not significant.
12. Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel eine als Pulver vorliegende Emaille ist.12. The composition according to claim 9, characterized in that the binder is present as a powder enamel.
13. Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel eine anorganischer Klebstoff, der bis über 5000C insbesondere bis etwa 6000C temperaturbeständig ist und insbesondere als Pulver vorliegt.13. The composition according to claim 9, characterized in that the binder is an inorganic adhesive which is temperature resistant up to about 500 0 C, in particular up to about 600 0 C and is present in particular as a powder.
14. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung mit Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, vermischt im wesentlichen eine Suspension bildet. 14. The composition according to any one of claims 9 to 13, characterized in that the composition with liquid, in particular with water, mixed substantially forms a suspension.
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